Při obrábění představuje stroj, přípravek, obrobek, řezný nástroj a jeho nosné prvky (držáky, trny, vyvrtávací čepy atd.) pružný systém, který se nazývá technologický systém „stroj – přípravek – nástroj – díl“ (AID ). . Řezná síla při zpracování dílu způsobuje elastické deformace a posunutí prvků systému AIDS v důsledku mezer v jejich spojích. Jejich velikost závisí jak na řezné síle, tak na tuhosti systému.
Tuhostí tělesa nebo soustavy těles se rozumí schopnost jejich odolnosti vůči pružným pohybům při působení zatížení, které na ně působí.
Čím menší je výtlak, všechny ostatní věci jsou stejné, tím vyšší je tuhost. Z hlediska přesnosti zpracování má největší význam kolísání hodnoty složky řezné síly. Ру, směřující kolmo k ošetřovanému povrchu. Tuhost pružného systému „stroj – přípravek – nástroj – obrobek“ je tedy poměrem normálové (radiální) složky řezné síly k posunutí ostří nástroje vzhledem k obrobku, měřeno ve směru působení tuto komponentu
kde j – tuhost systému AIDS, N/mm;
Ру – normálová (radiální) složka řezné síly, N;
у – pružný pohyb systému ve směru síly Ру, mm.
Velikost normálové (radiální) složky řezné síly (směrované podél držáku frézy) při soustružení je určena vzorcem:
kde Ср – koeficient, jehož hodnota závisí na podmínkách zpracování;
t – hloubka řezu, mm;
S – posuv, mm/ot;
HB – Brinellova tvrdost materiálu obrobku;
x, y, n – exponenty.
Při obrábění se řezná síla mění v důsledku kolísání přídavku obrobku, mechanických vlastností zpracovávaného materiálu a otupení nástroje opotřebením jeho břitu. Nestabilita řezné síly, stejně jako nestabilita tuhosti technologického systému v jeho různých úsecích, způsobuje nerovnoměrné deformace a tlaky prvků systému s následkem chyb ve tvaru obrobené plochy a kolísání velikosti díly v dávce. Tuhost technologického systému také významně ovlivňuje jeho vibrační odolnost, a tedy i frekvenci a intenzitu vibrací při zpracování. Frekvence a intenzita vibrací zase ovlivňují odolnost řezných nástrojů, kvalitu obrobeného povrchu a produktivitu procesu.
Elastické vlastnosti technologického systému lze charakterizovat také jeho poddajností, tzn. převrácená hodnota tuhosti.
Tuhost většiny prvků technologického systému je stanovena experimentálně; Výpočtem lze určit pouze tuhost obrobků jednoduché konfigurace (hladké hřídele, pásy) a některých typů nástrojů. Tuhost nových součástí stroje dosahuje 20000 40000-10000 XNUMX N/mm. V některých případech je tuhost součástí opotřebovaných a nesouosých obráběcích strojů nižší než XNUMX XNUMX N/mm. Tuhost uzlů často není v různých směrech stejná.
S rostoucí tuhostí se zvyšuje přesnost obrábění a produktivita. Zvýšení tuhosti je dosaženo těmito hlavními způsoby:
1) snížení počtu spojů v návrzích strojů a zařízení;
2) předběžné utažení spojů neustále se dotýkajících částí pomocí šroubových spojů;
3) zlepšení kvality montáže součástí pečlivým lícováním lícovaných ploch a úpravou mezer;
4) zvýšení tuhosti částí technologického systému v důsledku snížení jejich výšky nebo převisu a zvětšení velikosti nosné plochy;
5) pomocí přídavných podpěr, podpěr a dalších prvků pro obrobky a nástroje.
Pro stanovení tuhosti kovoobráběcích strojů (tedy tuhosti jejich technologického systému) se používají dvě zásadně odlišné metody: laboratorní a výrobní. První vyžaduje speciální zařízení, která umožňují působit na různé prvky stroje zatížením podobným silám vznikajícím při řezání. Tato zařízení také umožňují měření deformací v důsledku zatížení. Laboratorní metoda umožňuje měřit tuhost kovoobráběcích strojů ve statickém stavu a umožňuje přijímat stroje na obráběcích strojích nebo po větších opravách.
Výrobní metoda umožňuje určit tuhost systému AIDS, ale i jednotlivých součástí stroje, za jeho provozních podmínek (při řezání), což je velmi důležité pro stanovení celkové chyby zpracování. Výrobní metoda pro stanovení tuhosti kovoobráběcích strojů je založena na existujícím vztahu mezi hloubkou řezu, řeznou silou a výslednou velikostí. Nechte například nástroj nastavit na danou hloubku řezu před zahájením zpracování tзад (obr. 4)
Rýže. 4 – Schéma pohybů součásti a nástroje při zpracování
a) statické nastavení, b) dynamické nastavení
Během zpracování je obrobek o určité množství elasticky přitlačován У1, a nástroj se rovná У2. V důsledku toho se specifikovaná hloubka řezu sníží na tost.
Ke každé jednotlivé sekci můžete napsat:
Vzorec (4) lze přepsat následovně:
kde Ру – normálová (radiální) složka řezné síly, N;
j – tuhost technologického systému, N/mm;
tost – vzdálenost mezi skutečnou a vypočtenou polohou obrobené plochy, mm.
Při laboratorní práci se hodnoty Ру určeno výpočtem.
Rýže. 5 – Blokové schéma automatického udržování konstantní řezné síly při obrábění hřídele na soustruhu
Velikost normálové (radiální) složky řezné síly při soustružení lze určit vzorcem (5). Při otáčení exponent х při hloubce řezu se t obvykle rovná jednotce.
Hodnoty koeficientů Ср a ukazatele stupňů”x“”у“A”n» závisí na zpracovávaném materiálu a typu nástroje a lze jej určit z tabulky 3.
Hodnoty koeficientů Срт a exponenty
Abstrakt vědeckého článku o mechanice a strojírenství, autor vědecké práce – Kudoyarov R. G., Basharov R. R., Pyrkova O. D.
Jsou uvedeny informace o navržené výpočtové a experimentální metodě stanovení technologické tuhosti soustruhů za účelem dosažení vysoké přesnosti vyráběných dílů.
Podobná témata vědecké práce v mechanice a strojírenství, autor vědecké práce – Kudoyarov R. G., Basharov R. R., Pyrkova O. D.
Návrh mechatronického strojního zařízení pro realizaci řízených technologických procesů
Metody a procesy zlepšování tuhosti soustruhů
Poskytuje informace o navrženém sedání a experimentálních metodách stanovení technologické tuhosti soustružnických strojů pro dosažení vysoké přesnosti vyráběných dílů.
Text vědecké práce na téma “Metody pro stanovení a zvýšení technologické tuhosti soustruhů”
ISSN 1992-6502 (Tisk)_
2014. T. 18, č. 3 (64). s. 87-92
ISSN 2225-2789 (online) http://journal.ugatu.ac.ru
Metody stanovení a vylepšení
technologická tuhost soustruhů
R. Kudojarov, r. R. Bašarov, Fr. obec Pyrkova
1 kats10@mail.ru, 23gaBI@taM.gi, 3o1esIka90r@taM.gi FSBEI HPE „Ufa State Aviation Technical University“ (UGATU) Obdrženo 24. dubna 2014
Anotace. Jsou uvedeny informace o navržené výpočtové a experimentální metodě stanovení technologické tuhosti soustruhů za účelem dosažení vysoké přesnosti vyráběných dílů.
Klíčová slova: elastické deformace soustavy obráběcích strojů; technologická rigidita; očekávané odchylky dílů.
Zvyšování kvality vyráběných dílů ve strojírenství vyžaduje stanovení a zohlednění technologické tuhosti použitého strojního zařízení. Technologickou tuhostí systému stroje se rozumí tuhost jeho zatěžované části, která ovlivňuje umístění nástroje vůči obrobku a přesnost zpracování. Při provozu CNC strojů v automatizovaných výrobních podmínkách tento faktor způsobuje vylisování nástroje, což vede ke zvýšeným odchylkám rozměrů opracovávaného dílu.
Naléhavým úkolem v konstrukci je vývoj metod pro analýzu vlivu jednotlivých faktorů, které určují technologickou tuhost automatických řídicích strojů [2]. Je známo, že odchylky v geometrické přesnosti stroje přímo vedou ke vzniku odchylek v obrobku a vliv netuhosti (poddajnosti) subsystémů stroje se provádí prostřednictvím sil působících během procesu zpracování. Velikost těchto sil závisí na prvcích řezného režimu, nepřesnosti obrobku a dalších faktorech [1, 3].
Mezi známé metody určování tuhosti obráběcích strojů patří experimentální a výpočetní.
Podstatou experimentální metody stanovení tuhosti [4] je, že
Pomocí speciálních zařízení jsou součásti stroje zatěžovány silou, která reprodukuje působení řezné síly, přičemž je měřen pohyb jednotlivých součástí stroje. Tyto pohyby jsou měřeny ve směru kolmém ke zpracovávanému povrchu, protože způsobují chybu zpracování. Při provádění experimentálních studií stroje lze kontrolovat vliv prvků řezného režimu na rozměrovou přesnost obráběných součástí, což je spojeno s velkými náklady na materiálové zdroje a čas.
Metoda výpočtu zahrnuje modelování napěťově-deformačního stavu systému obráběcího stroje a zjištění relativních posunů obrobku a nástroje, což nám umožňuje vyvodit závěry o vlivu netuhosti stroje na přesnost relativního umístění obráběcího stroje. aktuátory stroje. Při aplikaci této metody je obtížné zohlednit skutečnou kvalitu výroby stroje, což ztěžuje objasnění charakteristik elastických spojů v modelu systému obráběcího stroje.
1. VÝPOČET A EXPERIMENTÁLNÍ METODA
DEFINICE TECHNOLOGICKÉ PEVNOSTI STROJE
Vezmeme-li v úvahu vlastnosti známých metod, můžeme dojít k závěru, že je vhodné vyvinout výpočetní a experimentální metodu pro stanovení technologické tuhosti obráběcích strojů. Při implementaci této metody je výroba
Jsou určeny řezné síly a jsou stanoveny závislosti:
• složky řezné síly podél souřadnic X a Y v závislosti na prvcích řezného režimu /(V, £
• celková tuhost systému stroje a jeho deformace s přihlédnutím k působící síle;
• deformace části systému zatěžování stroje, která nejvíce ovlivňuje přesnost součásti, s přihlédnutím k síle, která určuje očekávané odchylky obrobené plochy součásti.
Rýže. 1. Analyzovat vliv zatěžovacích subsystémů soustruhu na přesnost zpracování součásti: 1 – lože (zobrazeno podmíněně); 2 – hlava vřetena; 3 – vřeteno se sklíčidlem; 4 – obrobek; 5 – příčný skluz; 6 – držák nářadí; 7 – nástroj; 81,- – deformace zatěžovacího subsystému „dílčí rám“; 82,- – deformace zatěžovacího subsystému „nástroj-lože“.
Zajištěny jsou také zkoušky v plném rozsahu se zpracováním součásti v konkrétním režimu a jejím měřením. To je nutné pro zjištění konvergence získaných výsledků, úpravu parametrů tuhosti a zpřesnění modelu pro zjištění vlivu technologické tuhosti soustruhu na přesnost zpracování dílů.
Při rozboru technologické tuhosti soustruhu (obr. 1, a) lze předpokládat, že přesnost diametrální velikosti je více ovlivněna deformací (ohybem) součásti oproti deformaci nástroje.
V tomto případě je celkový průhyb součásti a nástroje 8 = 81.- + 82.- , kde 81.- = 8 1.- + 8deT,- , 8 1g- je deformace „dílce – lože ” zatěžovací subsystém, 8det je deformace součásti; 82- – deformace subsystému „nástroj-lože“; 82,- = 8 2,- + 8i-.8 c – deformace subsystému
„držák-rám“, 8in, – – deformace nástroje. Deformaci součásti a nástroje lze odhadnout výpočtem (například pomocí metody konečných prvků) nebo na základě experimentů. Největší radiální odchylka obrobené plochy od jmenovité polohy, v důsledku poddajnosti systému stroje, odpovídá A = 8.
Pro výpočet odchylky A za daných podmínek zpracování je nutné vypočítat radiální sílu Ru a určit pomocí parametrů tuhosti obecného systému a zatěžovacích subsystémů odpovídající odchylky 8 8 2,-,
8 dětí, 8ing-81let, 82let-
Schéma (obr. 1) ukazuje pružné spojení vřetenové hlavy a příčného suportu s rámem, je znázorněno schéma vzájemného posunutí obrobku a nástroje po souřadnici Y.
Na Obr. Na obrázku 2 je schéma výpočtové a experimentální metody stanovení technologické tuhosti soustruhu a jejího vlivu na přesnost vyráběného dílu s přihlédnutím k řezným podmínkám.
Experimentální stanovení tuhosti bylo provedeno pro soustruh mod. 16K20. Pro určité režimy řezání byly vypočteny řezné síly a relativní posuvy zatěžovacího systému pomocí softwaru „RaeEt“ [5]. Dále bylo provedeno experimentální zpracování součásti za účelem identifikace skutečných diametrálních odchylek 8g.
Na základě výsledků experimentálních studií byl výpočet opraven. Na Obr. Obrázek 3 ukazuje srovnání výsledků odchylek průměru dílu 8g získaných výpočtem a experimentem se skutečnými odchylkami 8g.
Relativní chyba výpočtově-experimentální metody se pohybovala do 10 %, což svědčí o možnosti jejího využití při predikci přesnosti vyráběných dílů.
2. ANALÝZA TVRDOSTI
PROVEDENÍ VŘETENOVÉ JEDNOTKY SOUstruhu MODEL 200NT
Byl proveden rozbor návrhu sestavy vřetena CNC stroje model 200NT, určeného pro soustružení dílů různé složitosti.
Stanovení míšení Si” pomocí korekčního faktoru
Výpočet očekávané chyby zpracování při různých řezných podmínkách
Rýže. 2. Blokové schéma výpočtové a experimentální metody stanovení technologické tuhosti obráběcího stroje a jejího vlivu na přesnost zpracování součásti, Dm – dovolená chyba metody
Rýže. 3. Závislost odchylky přesnosti součásti (velikost průměru) na hloubce řezu
Tuhost návrhu sestavy vřetena byla posouzena pomocí softwarového produktu SolidWorks Simulation 2012. Celková tuhost konstrukce je ovlivněna řadou faktorů, mj.
které zahrnují: tuhost pohyblivých spojů – ložisek a vedení; tuhost pevných spojů – šroubové spoje; tuhost konstrukčních prvků.
Pro výpočet pružných pohybů sestavy vřetena vlivem působících zatížení bylo vypracováno výpočtové schéma (obr. 4).
V úvahu byly brány následující faktory: materiálové a hmotnostní charakteristiky hlavních konstrukčních prvků; šroubové spoje nosných konstrukčních prvků; tuhost podpěr s valivými ložisky; síly působící při zpracování.
Ložiska v modelu jsou prezentována ve formě prvků (pružin) s příslušnou radiální a axiální tuhostí.
Dálkové zatížení bylo aplikováno na dosedací plochy zásobníku a zásobník byl považován za vzdálenou hmotu.
Byly vyvinuty výpočtové modely, které zohledňují vliv poddajnosti: pohyblivé spoje – podpěry ložisek; pevné spoje – šroubové spoje; další konstrukční prvky (rozpětí a konzola předního vřetena).
Výsledky výzkumu v prostředí Solid Works Simulation 2012 ukázaly, že typický návrh sestavy vřetena se vyznačuje dostatečnou pevností, ale neposkytuje potřebnou tuhost. Požadovaná přesnost zpracování je zajištěna relativně malými řeznými silami, což omezuje použití produktivních řezných režimů.
Byla navržena varianta provedení sestavy vřetena, která počítá s: montáží do přední podpěry vřetena 4 (místo 3) kuličkových ložisek s kosoúhlým stykem NSK 7016C [6], která mají lepší ukazatele tuhosti (radiální tuhost vřetena). pár – 4,06 + 8 N/m, axiální – 2,24e + 8 N/m); odlehčení vřetena působením ohybového momentu; úprava hlavních rozměrů vřetena – zvětšení délky rozpětí o 9 % a snížení délky přední konzoly o 10 %.
Výpočet tohoto návrhu sestavy vřetena ve vztahu ke stroji mod. 200NT (obr. 6, 7) byl také vyroben v prostředí SolidWorks Simulation 2012.
Rýže. 5. Pružné pohyby sestavy vřetena stroje mod. 200 NT
Rýže. 4. Výpočtové schéma sestavy vřetena stroje mod. 200 NT
Rozbor ukázal, že při působení ohybového momentu a řezné síly dochází k největším pružným pohybům vřetena v místě řemenice a na předním konci (obr. 5).
Hlavním faktorem ovlivňujícím odchylku konstrukčního bodu (hrotu nástroje) je v tomto případě nízká tuhost přední podpory, způsobená použitým schématem uložení vřetena a omezeným přesahem ložisek přední podpory.
Pro posouzení vlivu jednotlivých faktorů na celkovou poddajnost konstrukce byla skladba
Výše uvedené konstrukční změny umožnily zlepšit rovnováhu vlivu jednotlivých faktorů na pružné pohyby celé konstrukce (obr. a zejména přední konec sestavy vřetena (odchylka konstrukčního bodu pod vlivem stávajících zatížení).
Rýže. 6. Výpočtové schéma navrženého návrhu sestavy vřetena
Tuhost vylepšené konstrukce sestavy vřetena je o 38,3 % vyšší než u standardního modelu.
1. Byla stanovena proveditelnost použití vyvinuté výpočtové a experimentální metody pro výpočet technologické tuhosti obráběcího stroje pro stanovení očekávané přesnosti vyráběných dílů za různých podmínek zpracování.
2. Na základě rozboru diagramů pružných pohybů vřetenové sestavy základního provedení byla stanovena bilance, která charakterizuje vliv vazeb, geometrických rozměrů, ale i vzoru podpor vřetene, rozměrů rozpětí a přední konzoly vřeteno.
3. Je navržena varianta vylepšeného provedení sestavy vřetena, která se od standardní verze liší odlehčením vřetena od ohybového momentu, změnou rozmístění podpěr vřetena a jeho hlavních rozměrů a vyznačuje se nárůstem technologických tuhost o 38,3 %.
1. Basharov R. R., Kudoyarov R. G. Studie procesu frézování s čelní frézou při vysokých rychlostech vřetena stroje // Vestnik UGATU. 2012. T. 16. č. 4 (49). str. 71-77. [RR Basharov, RG Kudoyarov, „Výzkum operace čelního frézování při vysoké rychlosti otáčení vřetena obráběcího stroje,“ Věstník UGATU, sv. 16, č. 4 (49), str. 71-77, 2012.]
2. Bushuev V.V., Sabirov F.S. Směry rozvoje světového průmyslu obráběcích strojů // Bulletin MSTU “Stankin”. 2010. č. 1 (9). str. 24-30. [VV Bushuev, FS Sabirov, „Směr globálního průmyslu obráběcích strojů“, Vestnik MGTU ‘STANKIN’, no. 1 (9), str. 24-30, 2010.]
3. Idrisova Yu. V., Kudoyarov R. G., Fetsak S. I. Metoda provozní diagnostiky technického stavu pohonů kovoobráběcích strojů // Vestnik UGATU. 2012. T. 16, č. 4 (49). s. 113-119. [Ano. V. Idrišová, RG Kudoyarov, SI Fetsak, „Metoda pro on-line diagnostiku technického stavu pohonů v kovoobráběcích strojích“, Věstník UGATU, sv. 16, č. 4 (49), str. 113-119, 2012.]
4. Obráběcí stroje: učebnice ve 2 dílech / Ed. V. V. Bushueva. M.: Strojírenství. 2011. 1192 s. [VV Bushuev (Ed.), Obráběcí stroje. Moskva: Mashinostroenie, 2011.]
5. Aplikační program “REZIM” MSTU “STANKIN”. [ Aplikace ‘REZIM’ vytvořená v ‘STANKIN’. ]
6. Super přesná ložiska NSK. Obecný katalog č. E1254d. 2008. S. 12-14.
Rýže. 7. Schéma elastických pohybů vylepšeného návrhu sestavy vřetena
Rýže. 8. Rovnováha pružných pohybů sestavy vřetena (typické a navrhované konstrukční možnosti)
KUDYAROV Rinat Gabdulkhakovich, prof. oddělení mechatronické obráběcí stroje. Dipl. strojní inženýr (UAI, 1963). Dr. Tech. Vědy v technologii a vybavení srst. a fyzika a technologie zpracování (USATU, 2003). Výzkum v oblasti vývoj mechatronických obráběcích strojů.
BASHAROV Rashit Ramilovich, senior Rev. oddělení mechatronické obráběcí stroje. Dipl. Ing. v mechatronice (USATU, 2008). Cand. tech. Vědy v technologii a vybavení srst. a fyzika a technologie zpracování (Orenb. Státní univerzita, 2012). Výzkum v oblasti dynamika kovoobráběcích strojů.
PYRKOVA Olga Dmitrievna, oddělení MNT. mechatronické obráběcí stroje. Dipl. Ing. v mechatronice (USATU, 2013).
Název: Metody a procesy zlepšující tuhost soustruhů.
Autoři: RG Kudoyarov1, RR Basharov2, OD Pirkovava3 Příslušnost:
Ufa State Aviation Technical University (UGATU), Rusko. E-mailem:
1 kats10@mail.ru, 2 3rash@mail.ru, 3 olechka90p@mail.ru Jazyk: ruština.
Zdroj: Věstník UGATU (vědecký časopis Ufa State Aviation Technical University), sv. 18, č. 3 (64), str. 87-92, 2014. ISSN 2225-2789 (Online), ISSN 1992-6502 (Tisk). Abstrakt: Poskytuje informace o navržených sedacích a experimentálních metodách stanovení technologické tuhosti soustružnických strojů pro dosažení vysoké přesnosti vyráběných dílů. Klíčová slova: elastická deformace strojních systémů; tuhost obrábění; podrobnosti o očekávané odchylce.
KUDOYAROV, Rinat Gabdulhakovich, prof., odd. mechatronických strojních systémů. Dipl. Inženýr (UAI, 1963), Dr. of Tech. Sci. (USATU, 2003).
BASHAROV, Rashit Ramilovich, hlavní učitel mechatronických strojních systémů. Dipl. Inženýr (USATU, 2008), Ph.D. of Tech. Sci. (Orenburg SU, 2012). PIRKOVA, Olga Dmitrievna, vysokoškolačka Mechatron-ic Machine Systems. Dipl. Inženýr (USATU, 2013).
